JP2017504045A - Method and system for measuring periodic structure using multi-angle X-ray reflection scatter measurement (XRS) - Google Patents

Method and system for measuring periodic structure using multi-angle X-ray reflection scatter measurement (XRS) Download PDF

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Abstract

マルチアングルX線反射散乱計測(XRS)を用いた周期構造を計測する方法およびシステムが開示される。たとえば,X線反射散乱計測によって試料を計測する方法は,周期構造を有する試料上に,複数の入射角および複数の方位角を同時に提供する入射X線ビームを衝突させて,散乱X線ビームを生成することを含む,この方法はまた,上記散乱X線ビームの少なくとも一部を収集することを含む。A method and system for measuring periodic structures using multi-angle X-ray reflection scatterometry (XRS) is disclosed. For example, in the method of measuring a sample by X-ray reflection scattering measurement, an incident X-ray beam that simultaneously provides a plurality of incident angles and a plurality of azimuth angles is collided on a sample having a periodic structure, and a scattered X-ray beam is obtained. The method, including generating, also includes collecting at least a portion of the scattered x-ray beam.

Description

この発明の実施形態は,X線反射散乱計測(X-ray reflectance scatterometry)(XRS)の分野に属するもので,特に,マルチアングル(多角)のXRSを用いた周期構造の計測方法およびシステムである。   Embodiments of the present invention belong to the field of X-ray reflectance scatterometry (XRS), and are, in particular, a periodic structure measurement method and system using multi-angle (polygonal) XRS. .

集積回路(integrated circuit)(IC)形状はより小さなサイズに縮小され続けているので,このような形状の計測に用いられる計測学上の制約が増大している。たとえば,測長走査型電子顕微鏡(critical dimension scanning electron microscopy)(CD−SEM)計測は,新世代のIC技術のそれぞれにおいて重要さを増しているいくつかの欠点を有している。このような欠点には(1)IC計測アプリケーションが達成可能な分解能を制限する周知の帯電問題,(2)レジストの寸法収縮を誘発する放射線損傷,(3)いくつかの低誘電率層間絶縁膜(low-k dielectrics)との非互換性,および(4)CD−SEMが本質的には表面技術であり,3次元(3D)プロファイルを計測するのが困難なこと,がある。   As integrated circuit (IC) shapes continue to shrink to smaller sizes, the metrology constraints used to measure such shapes are increasing. For example, critical dimension scanning electron microscopy (CD-SEM) metrology has several drawbacks that are becoming increasingly important in each of the new generations of IC technology. These disadvantages include (1) well-known charging problems that limit the resolution that IC metrology applications can achieve, (2) radiation damage that induces resist dimensional shrinkage, and (3) some low-k interlayer dielectrics. Incompatibility with (low-k dielectrics), and (4) CD-SEM is essentially a surface technology, and it is difficult to measure a three-dimensional (3D) profile.

同様に,光最小線幅(光限界寸法)(optical critical dimensions)(OCD)の計測は,(1)使用される比較的長い波長が装置形状サイズよりも典型的にはかなり長く,このためシンプルかつ直接的な測定を提供しないこと,および(2)OCDは広範なモデリングおよび補間を必要とし,このため測定感度を犠牲にすること,を含む複数の基本的な困難性に直面している。さらに,最近数十年にわたって回路形状寸法の減少によってより短い波長の使用が必要とされている。現在,最も先進的なOCDシステムは深紫外線(deep ultraviolet)(DUV)波長を使用している。波長のさらなる減少は実用的ではなく,それは固体中さらには低真空中において,さらに短い波長の放射は伝送率が極めて低いためである。低いプロービング深さ(low probing depth),適切な光学部材の欠如,厳しい真空要件を含む多くの問題が,結果として生じている。このような基本的な制限が,次世代のIC製造の重要な寸法制御要件を満たすようにこれらの既存の技術を拡張することを実質的に不可能としている。   Similarly, the measurement of optical critical dimensions (OCD) is (1) the relatively long wavelengths used are typically much longer than the device geometry size and are therefore simple. And it does not provide direct measurements, and (2) OCD requires extensive modeling and interpolation, thus facing several basic difficulties including sacrificing measurement sensitivity. In addition, the use of shorter wavelengths has been required over the last few decades due to the reduction in circuit geometry. Currently, the most advanced OCD systems use deep ultraviolet (DUV) wavelengths. Further reduction in wavelength is impractical because radiation in shorter wavelengths in solids and even in low vacuum has a very low transmission rate. Many problems result, including low probing depth, lack of suitable optics, and stringent vacuum requirements. Such basic limitations make it virtually impossible to extend these existing technologies to meet important dimensional control requirements for next generation IC manufacturing.

微小角入射小角散乱(Grazing-incidence small-angle scattering)(GISAS)は,ナノ構造表面および薄膜を研究するために用いられている散乱技術である。散乱プローブは,光子(微少角入射小角X線散乱(Grazing-incidence small-angle X-ray scattering),GISAXS)または中性子(微少角入射小角中性子散乱(Grazing-incidence small-angle neutron scattering),GISANS)のいずれかである。いずれについても,全外部x線反射の臨界角(the critical angle of total external x-ray reflection)に近い小さな角度の下で入射ビームが試料(サンプル)に当たる。強い反射ビームおよび入射面における強い散乱はロッド状ビーム・ストップ(a rod-shaped beam stop)によって減衰される。典型的には試料からの散漫散乱(diffuse scattering)が領域検出器を用いて記録される。しかしながら,GISAS技術において用いられる入射角度は通常数度未満であり,角度の割合としても小さい。したがって,3D構造を測定するために用いるとすると,3D構造の上面だけにほとんど入射ビームが向けられるので,GISASを通して得られる情報は制限されることがある。   Grazing-incidence small-angle scattering (GISAS) is a scattering technique used to study nanostructured surfaces and thin films. Scattering probes are photons (Grazing-incidence small-angle X-ray scattering, GISAXS) or neutrons (Grazing-incidence small-angle neutron scattering, GISANS). One of them. In both cases, the incident beam strikes the sample under a small angle close to the critical angle of total external x-ray reflection. Strong reflected beams and strong scattering at the entrance surface are attenuated by a rod-shaped beam stop. Typically, diffuse scattering from the sample is recorded using an area detector. However, the incident angle used in GISAS technology is usually less than a few degrees, and the angle ratio is also small. Thus, if used to measure 3D structures, the information obtained through GISAS may be limited because the incident beam is mostly directed only at the top surface of the 3D structure.

このように,3D構造の計測における改善が求められている。   Thus, improvement in measurement of 3D structures is required.

この発明の実施態様は,マルチアングルX線反射散乱(XRS)を用いた周期構造を計測する方法およびシステムに関する。   Embodiments of the present invention relate to a method and system for measuring a periodic structure using multi-angle X-ray reflection scattering (XRS).

一実施態様において,X線反射散乱によって試料を計測する方法は,周期構造を有する試料上に入射X線ビームを衝突させることを含み,上記入射X線ビームが複数の入射角度および複数の方位角で提供されるものである。この方法はまた,散乱X線ビームの少なくとも一部を収集すること(collecting)を含む。   In one embodiment, a method for measuring a sample by X-ray reflection scattering includes impinging an incident X-ray beam on a sample having a periodic structure, and the incident X-ray beam has a plurality of incident angles and a plurality of azimuth angles. Is provided by The method also includes collecting at least a portion of the scattered x-ray beam.

他の実施形態において,X線反射散乱によって試料を計測するシステムは,およそ1keV以下のエネルギーを持つX線ビームを生成するX線ソースを含む。上記システムはまた,周期構造を有する試料を位置決めする試料ホルダを含む。上記システムはまた,上記X線ソースと試料ホルダとの間に位置決めされるモノクロメータを含む。上記モノクロメータは,X線ビームを集光して上記試料ホルダに向かう入射X線ビームを提供する。上記入射ビームは複数の入射角および複数の方位角を同時に有するものである。上記システムはまた,試料からの散乱X線ビームの少なくとも一部を収集する検出器を含む。   In another embodiment, a system for measuring a sample by X-ray reflection scattering includes an X-ray source that generates an X-ray beam having an energy of about 1 keV or less. The system also includes a sample holder for positioning a sample having a periodic structure. The system also includes a monochromator positioned between the x-ray source and the sample holder. The monochromator collects an X-ray beam and provides an incident X-ray beam directed toward the sample holder. The incident beam has a plurality of incident angles and a plurality of azimuth angles simultaneously. The system also includes a detector that collects at least a portion of the scattered x-ray beam from the sample.

単一の入射角を有する入射ビームを用いた従来の散乱計測を行っている周期構造の断面図を示す。Sectional drawing of the periodic structure which is performing the conventional scattering measurement using the incident beam which has a single incident angle is shown. この発明の一実施形態によるもので,複数の入射角を有する入射ビームを用いた散乱計測を行っている周期構造の断面図を示す。FIG. 4 is a cross-sectional view of a periodic structure in which scattering measurement is performed using an incident beam having a plurality of incident angles according to an embodiment of the present invention. 単一の方位角を有する入射ビームを用いた従来の散乱計測を行っている周期構造の平面図を示す。The top view of the periodic structure which is performing the conventional scattering measurement using the incident beam which has a single azimuth is shown. この発明の一実施態様によるもので,中心軸がゼロ方位角を持つ複数の方位角を有する入射ビームを用いた散乱計測を行っている周期構造の平面図を示す。The top view of the periodic structure which is based on one Embodiment of this invention and is performing the scattering measurement using the incident beam which has a several azimuth angle whose center axis has a zero azimuth angle is shown. この発明の一実施態様によるもので,中心軸がゼロでない方位角を持つ複数の方位角を有する入射ビームを用いた散乱計測を行っている周期構造の平面図を示す。FIG. 4 is a plan view of a periodic structure in which scattering measurement is performed using an incident beam having a plurality of azimuth angles with a central axis that is not zero according to an embodiment of the present invention. この発明の一実施態様によるもので,低エネルギーX線反射散乱計測に適するフィン型FET装置の一例を示している。An example of a fin-type FET device suitable for low-energy X-ray reflection / scattering measurement is shown according to an embodiment of the present invention. この発明の一実施態様によるもので,10nm/20nmのライン/スペース比を持つ周期構造を有するシリコン(Si)フィンについて,散乱角に対する0次反射のプロットおよび対応する構造を含むものである。In accordance with one embodiment of the present invention, a silicon (Si) fin having a periodic structure with a line / space ratio of 10 nm / 20 nm includes a zero order reflection plot versus scattering angle and a corresponding structure. この発明の一実施態様によるもので,10nm/20nmのライン/スペース比を持つ周期構造を有するシリコン(Si)フィンについて,散乱角に対する一次反射のプロットおよび対応する構造を含むものである。According to one embodiment of the present invention, for a silicon (Si) fin having a periodic structure with a line / space ratio of 10 nm / 20 nm, it includes a primary reflection plot against scattering angle and a corresponding structure. この発明の一実施態様によるもので,X線反射散乱(XRS)機能を有する周期構造計測システムを表すものである。According to one embodiment of the present invention, it represents a periodic structure measurement system having an X-ray reflection / scattering (XRS) function. この発明の一実施態様によるもので,例示的なコンピュータ・システムのブロック図を示している。FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary computer system according to one embodiment of the present invention.

マルチアングル(多角)X線反射散乱を用いた周期構造の計測(測定)のための方法およびシステムを説明する。以下の記載において,この発明の実施態様の完全な理解をもたらすために,X線ビーム・パラメータおよびエネルギーなど複数の特定詳細を述べる。この発明の実施形態は,これら特定詳細でなくても実施できることは当業者に明らかであろう。また,この発明の実施形態を不必要に曖昧にしないために,半導体装置全体のスタックのような既知の特徴は詳細には記載しない。さらに,図面に示す様々な実施形態は例示的な表現であり,必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。   A method and system for measuring a periodic structure using multi-angle (polygonal) X-ray reflection scattering will be described. In the following description, numerous specific details are set forth, such as x-ray beam parameters and energy, in order to provide a thorough understanding of embodiments of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that embodiments of the invention may be practiced without these specific details. In other instances, well known features such as stacks of entire semiconductor devices are not described in detail in order not to unnecessarily obscure the embodiments of the invention. Further, it should be understood that the various embodiments shown in the drawings are exemplary representations and are not necessarily drawn to scale.

本書における一または複数の実施形態は,X線反射散乱計測のために,周期(グレーティング)構造上への同時の複数の到来ビーム角度入射(simultaneous multiple incoming beam angles incident)を利用するように構成されたX線ソースの使用に向けられている。いくつかの実施形態では,2つの角度方向において散乱光を検出することができるとともに,周期構造の形状およびピッチを推定するために反射X線強度を使用することができる。いくつかの実施形態は,半導体環境製造工場において,複雑な2次元(2D)および3次元(3D)の周期構造の形状および寸法について,適切な精度かつ安定性のある計測を提供することができる。このような計測には,周期構造の形状プロファイル,ならびに周期構造の幅,高さおよび側壁角度といった寸法が含まれる。   One or more embodiments herein are configured to utilize simultaneous multiple incoming beam angles incident on a periodic (grating) structure for X-ray reflection scatter measurements. Is directed to the use of X-ray sources. In some embodiments, scattered light can be detected in two angular directions and the reflected x-ray intensity can be used to estimate the shape and pitch of the periodic structure. Some embodiments may provide appropriate accurate and stable measurements for complex two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) periodic structure shapes and dimensions in a semiconductor environment manufacturing plant. . Such measurements include the shape profile of the periodic structure and dimensions such as the width, height and sidewall angle of the periodic structure.

背景を説明すると(to provide context),最先端の形状計測ソリューションは,波長が150ナノメートルよりも名目上長い波長またはスペクトル・ソースのいずれかを用いた光学技術を利用している。スペクトル・ソリューションは典型的には固定波長のもので,単一波長ソースの入射角度を変更することができる。このソリューションはλ>dの波長/エネルギー体制(regime)にあるもので,ここでλは入射光源であり,dは周期構造の基本寸法である。しかしながら光学的散乱(optical scatterometry)はその基本的な感度限界に近づいている。   To provide context, state-of-the-art shape measurement solutions utilize optical technologies that use either wavelengths or spectral sources with wavelengths that are nominally longer than 150 nanometers. Spectral solutions are typically of fixed wavelength and can change the angle of incidence of a single wavelength source. This solution is in the wavelength / energy regime where λ> d, where λ is the incident light source and d is the basic dimension of the periodic structure. However, optical scatterometry is approaching its basic sensitivity limit.

この発明の一実施態様によると,λ/d<1の光の波長を用いることによって,高次散乱次数(higher order scattering orders)の検出が可能となり,これによって上記パラメータdに対する直接感度(direct sensitivity)が提供される。より詳細には,計測される構造の幅および高さ未満の光の波長を用いることによって,複数環の干渉縞(interference fringes of multiple cycles)を利用できるようになり,高さ,幅および線形状に対する感度が提供される。一実施態様では,複数の入射角のみならず複数の方位角(たとえば対称構造の向きに関するもの)を用いることによって,3次元形状感度(three-dimensional shape sensitivity)を提供する3次元情報が取得される。取得される情報は,機器性能に決定的な影響を与えることができ,非常に厳しい公差に対して制御される必要ある寸法に関するものになる。   According to an embodiment of the present invention, it is possible to detect higher order scattering orders by using a wavelength of light of λ / d <1, thereby enabling direct sensitivity to the parameter d. ) Is provided. More specifically, by using light wavelengths that are less than the width and height of the structure being measured, interference fringes of multiple cycles can be used, and the height, width, and line shape Sensitivity to is provided. In one embodiment, three-dimensional information providing three-dimensional shape sensitivity is obtained by using not only multiple incident angles but also multiple azimuth angles (eg, with respect to the orientation of the symmetric structure). The The information acquired can have a decisive impact on equipment performance and relate to dimensions that need to be controlled for very tight tolerances.

本書に含まれるコンセプトを概念化するのを助けるために,図1は,単一角度入射の入射ビームを用いた従来の散乱計測が行われている周期構造の断面図を示している。図1を参照して,周期構造100(グレーティング構造とも呼ばれる)に光ビーム102が向けられる。上記光ビーム102は,上記周期構造100の最上面の水平面104に対してφiの入射角を持つ。上記グレーティング構造100から散乱ビーム106が生成される。上記散乱ビーム106は散乱角の異なる複数のビームを含み,それぞれが上記グレーティング構造100の異なる次数の情報(different order of information)を提供する。たとえば,図1を参照して,3つの次数,n=1,n=0,n=−1が示されており,n=−1次の散乱角は上記周期構造100の最上面の水平面104に対してθの角度を持つ。図1の構成は従来のOCDまたはGISAS散乱計測アプローチの例である。   To help conceptualize the concepts contained in this document, FIG. 1 shows a cross-sectional view of a periodic structure in which conventional scatterometry is performed using a single angle incident beam. Referring to FIG. 1, a light beam 102 is directed to a periodic structure 100 (also called a grating structure). The light beam 102 has an incident angle of φi with respect to the uppermost horizontal surface 104 of the periodic structure 100. A scattered beam 106 is generated from the grating structure 100. The scattered beam 106 includes a plurality of beams having different scattering angles, each providing different orders of information of the grating structure 100. For example, referring to FIG. 1, three orders, n = 1, n = 0, and n = -1, are shown, and the n = -1 order scattering angle is the horizontal surface 104 of the uppermost surface of the periodic structure 100. With an angle of θ. The configuration of FIG. 1 is an example of a conventional OCD or GISAS scatterometry approach.

「周期的」または「グレーティング」構造の用語は,全体を通して非平面の構造を指し,いくつかの状況ではすべて3次元構造とみなすことができるものとして理解されたい。たとえば,再び図1を参照して,周期構造100は,z方向に高さhだけ突出する形状(features)を有している。各形状108はx軸方向に幅wを有し,かつy方向(すなわち紙面に向かう方向)に所定の長さも有している。もっともいくつかの状況では,用語「3次元」は,幅wと同じオーダーでy軸に沿う長さを有する周期的またはグレーティング構造を記述するために用いられる。ここで用語「2次元」は,幅wよりも実質的に長い,たとえば桁違いに長いy軸に沿う長さを有する周期的なまたはグレーティング構造を記述するために用いられる。いずれのケースにおいても,周期的またはグレーティング構造は,たとえば半導体ウエハまたは基板の計測領域内に非平面構造を有するものである。   It should be understood that the term “periodic” or “grating” structure refers to a non-planar structure throughout, and in some circumstances can all be considered a three-dimensional structure. For example, referring again to FIG. 1, the periodic structure 100 has features that protrude by a height h in the z direction. Each shape 108 has a width w in the x-axis direction and also has a predetermined length in the y-direction (that is, the direction toward the paper surface). In most situations, the term “three-dimensional” is used to describe a periodic or grating structure having a length along the y-axis in the same order as the width w. The term “two-dimensional” is used herein to describe a periodic or grating structure having a length substantially along the y-axis that is substantially longer than the width w, for example, orders of magnitude longer. In any case, the periodic or grating structure has a non-planar structure in the measurement region of, for example, a semiconductor wafer or substrate.

図1とは対照的に,図2は,この発明の一実施態様によるもので,複数の入射角を有する入射ビームを用いた散乱計測が行われている周期構造の断面図を示している。図2を参照して,上記周期構造100に円錐形X線ビーム(conical X-ray beam)202が向けられる。上記円錐形X線ビーム202は,周期構造100の最上面の水平面104に対して入射角度φiを有する中心軸203を持つ。このように上記円錐形X線ビーム202は入射角φiを有する部分Aを含む。円錐形ビーム202は上記円錐形ビーム202の最外部分Bと最外部分Cとの間にとられる集光角(収束角)(converging angle)φconeを持つ。上記円錐形ビーム202が集光角φconeを持つので,上記円錐の外側部分の近くの円錐形ビーム202の部分は,上記中心軸202に沿う上記円錐形ビーム202の部分と異なる上記構造100上の入射角を持つ。したがって,上記円錐形ビーム202は,同時に,上記水平面104に対してとられる上記構造100に衝突する複数の入射角を提供する。散乱ビーム206が上記グレーティング構造100から生成される。上記散乱ビーム206は,上記グレーティング構造100の異なる次数の情報に起因する部分を含み,その例は以下にさらに詳細に記載する。   In contrast to FIG. 1, FIG. 2 is a cross-sectional view of a periodic structure in which scattering measurement is performed using an incident beam having a plurality of incident angles according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a conical X-ray beam 202 is directed to the periodic structure 100. The conical X-ray beam 202 has a central axis 203 having an incident angle φi with respect to the uppermost horizontal plane 104 of the periodic structure 100. Thus, the conical X-ray beam 202 includes a portion A having an incident angle φi. The conical beam 202 has a converging angle φcone between the outermost portion B and the outermost portion C of the conical beam 202. Since the conical beam 202 has a collection angle φcone, the portion of the conical beam 202 near the outer portion of the cone is different from the portion of the conical beam 202 along the central axis 202 on the structure 100. Has an incident angle. Thus, the conical beam 202 simultaneously provides a plurality of incident angles that impinge on the structure 100 taken relative to the horizontal plane 104. A scattered beam 206 is generated from the grating structure 100. The scattered beam 206 includes portions resulting from different orders of information of the grating structure 100, examples of which are described in further detail below.

入射角を有することに加えて,入射光ビームは周期構造に関する方位角を有することもできる。これも概念化目的のためであるが,図3は,単一の方位角を有する入射ビームを用いた従来の散乱計測を行っている周期構造の平面図(top-down view)を示している。図3を参照して,上記周期構造100が突出部分108の上から示されている。図1において見えないが,入射光ビーム102はさらに上記周期構造100の突起108に直角な方向xに対する方位角θgを有することができる。いくつかのケースではθgは図3に示すようにゼロではない。いくつかのケースではθgはゼロであり,上記ビーム102の方向は平面から見てx方向に沿う。しかしながら,従来のOCDまたはGISAS散乱計測アプローチが適用されるすべてのケースにおいて,上記ビーム102は単一の角度θgのみを持つ。すなわち,図1および図3をともに参照して,従来では,散乱計測は,単一の入射角θiおよび単一の方位角度θgを有する光ビームを用いて実行されている。   In addition to having an incident angle, the incident light beam can also have an azimuth angle with respect to the periodic structure. Although this is also for conceptualization purposes, FIG. 3 shows a top-down view of a periodic structure in which conventional scattering measurement is performed using an incident beam having a single azimuth angle. With reference to FIG. 3, the periodic structure 100 is shown from above the protruding portion 108. Although not visible in FIG. 1, the incident light beam 102 can further have an azimuth angle θg with respect to a direction x perpendicular to the protrusion 108 of the periodic structure 100. In some cases, θg is not zero as shown in FIG. In some cases, θg is zero and the direction of the beam 102 is along the x direction when viewed from the plane. However, in all cases where the conventional OCD or GISAS scatterometry approach is applied, the beam 102 has only a single angle θg. That is, referring to both FIG. 1 and FIG. 3, conventionally, scattering measurement is performed using a light beam having a single incident angle θi and a single azimuth angle θg.

図3とは対照的に,図4Aおよび4Bは,この発明の一実施形態によるもので,複数の方位角を有する入射ビームを用いた散乱計測を行っている周期構造の平面図を示している。図4Aおよび図4Bの両方を参照して,上記周期構造100に,図2に関連して説明した中心軸203を有する円錐形X線ビーム202が向けられている。図2において見えないが,上記円錐形X線ビーム202はy軸に沿う次元をさらに有している。すなわち,上記円錐形ビーム202の最外部分Bと最外部分Cとの間にとられる集光角φconeはy軸に沿う複数の入射角も提供し,たとえば非ゼロの入射方位角を提供する。   In contrast to FIG. 3, FIGS. 4A and 4B are plan views of a periodic structure performing scatterometry using an incident beam having multiple azimuth angles, according to one embodiment of the present invention. . With reference to both FIGS. 4A and 4B, the periodic structure 100 is directed to a conical X-ray beam 202 having the central axis 203 described in connection with FIG. Although not visible in FIG. 2, the conical X-ray beam 202 further has a dimension along the y-axis. That is, the collection angle φcone between the outermost portion B and the outermost portion C of the conical beam 202 also provides a plurality of incident angles along the y-axis, for example, providing a non-zero incident azimuth angle. .

図4Aのみを参照して,上記円錐形X線ビーム202の中心軸は,平面から見てx方向に沿うゼロの角度θgを持つ。すなわち,上記円錐形X線ビーム202の部分Aはゼロの方位角を持つ。それにもかかわらず,上記円錐形X線ビーム202の中心軸203が上記周期構造100に直交しているとしても,上記円錐形X線ビーム202の部分BおよびCは非ゼロの方位角を持つ。   Referring to FIG. 4A only, the central axis of the conical X-ray beam 202 has a zero angle θg along the x direction when viewed from the plane. That is, the portion A of the conical X-ray beam 202 has a zero azimuth angle. Nevertheless, even though the central axis 203 of the conical X-ray beam 202 is orthogonal to the periodic structure 100, portions B and C of the conical X-ray beam 202 have a non-zero azimuth.

図4Bのみを参照して,円錐形X線ビーム202の中心軸は,平面から見てx方向に沿う非ゼロの角度θgを有している。すなわち,上記円錐形X線ビーム202の部分Aは非ゼロの方位角を有している。これに加えて,上記円錐形X線ビーム202の部分BおよびCは,ビーム202の部分Aの方位角と異なる非ゼロの方位角を有している。   Referring only to FIG. 4B, the central axis of the conical X-ray beam 202 has a non-zero angle θg along the x direction when viewed from the plane. That is, portion A of the conical X-ray beam 202 has a non-zero azimuth angle. In addition, portions B and C of the conical X-ray beam 202 have a non-zero azimuth that is different from the azimuth of portion A of the beam 202.

図4Aおよび図4Bに示す両方のケースにおいて,上記円錐形ビーム202が集光角φconeを持つので,上記円錐の外側部分の近くの上記円錐形ビーム202の部分は,上記中心軸202に沿う円錐形ビーム202の部分と異なる上記構造100への方位角入射を持つ。したがって,上記円錐形ビーム202は,同時に,x方向に対してとられる上記構造100に衝突する複数の方位角を提供する。   In both cases shown in FIGS. 4A and 4B, since the conical beam 202 has a collection angle φ cone, the portion of the conical beam 202 near the outer portion of the cone is conical along the central axis 202. It has an azimuthal incidence on the structure 100 that is different from the portion of the shaped beam 202. Thus, the conical beam 202 simultaneously provides a plurality of azimuth angles impinging on the structure 100 taken relative to the x direction.

すなわち,図2および図4Aまたは図4Bの一方をともに参照して,この発明の一実施形態では,X線反射散乱計測による試料の計測方法は,周期構造を有する試料上に入射X線ビームを衝突させることを含む。上記X線ビームは円錐形状を有しており,上記周期構造上に入射するときに,複数の入射角φiおよび複数の方位角θgを同時に提供する。上記衝突は散乱X線を生成し,その一部(全部でない場合)を集めて周期構造に関する情報を収集する(glean)ことができる。   That is, referring to both FIG. 2 and FIG. 4A or FIG. 4B, in one embodiment of the present invention, a sample measurement method by X-ray reflection scatter measurement uses an incident X-ray beam on a sample having a periodic structure. Including colliding. The X-ray beam has a conical shape and simultaneously provides a plurality of incident angles φi and a plurality of azimuth angles θg when incident on the periodic structure. The collision generates scattered X-rays, and a part (if not all) of them can be collected to collect information on the periodic structure.

一実施形態において,上記入射X線ビームは約20〜40度の範囲の集光角(converging angle)φconeを有する集光X線ビームである。一実施形態では,上記集光X線ビームの中心軸は固定された非ゼロの入射角(fixed non-zero incident angle)φiを有し,かつ図4Aに関連して説明したように試料に対してゼロの方位角θgを持つ。他の実施形態において,上記集光X線ビームの中心軸は,固定非ゼロの入射角φiを有し,かつ図4Bに関連した説明したように,試料に対して非ゼロの方位角θgを持つ。いずれにケースにおいても,特定の実施形態では,上記集光X線ビームの中心軸は水平から約10〜15度の範囲の固定非ゼロ入射角を持つ。他の特定の実施形態では,上記ビームの円錐形状の最外部分であって上記周期構造に近い部分,たとえば図2に示す部分Cが,上記周期構造の水平面に対して約5度の角度を持つ。   In one embodiment, the incident X-ray beam is a focused X-ray beam having a converging angle φcone in the range of about 20-40 degrees. In one embodiment, the central axis of the focused X-ray beam has a fixed non-zero incident angle φi and as described with respect to FIG. And has an azimuth angle θg of zero. In another embodiment, the central axis of the focused X-ray beam has a fixed non-zero incidence angle φi and a non-zero azimuth angle θg relative to the sample as described in connection with FIG. 4B. Have. In any case, in certain embodiments, the central axis of the focused X-ray beam has a fixed non-zero incident angle in the range of about 10-15 degrees from horizontal. In another particular embodiment, the conical outermost part of the beam, which is close to the periodic structure, for example the part C shown in FIG. 2, forms an angle of about 5 degrees with respect to the horizontal plane of the periodic structure. Have.

他の実施形態において,その一例を以下に詳細に記載するが,狭円錐形状(a narrower conical shape)を用いるのが好ましい。たとえば,一実施形態において,上記入射X線ビームは約2〜10度の範囲の集光角を持つ集光X線ビームである。この実施態様において,上記集光X線ビームの中心軸は固定非ゼロ入射角φiを有し,かつ図4Aに関連して説明したように,試料に対してゼロの方位角θgを持つ。他の実施形態では,上記集光X線ビームの中心軸が固定非ゼロ入射角φiを有し,かつ図4Bに関連して説明したように,試料に対して非ゼロの方位角θgを持つ。   In another embodiment, an example is described in detail below, but it is preferred to use a narrower conical shape. For example, in one embodiment, the incident X-ray beam is a focused X-ray beam having a focusing angle in the range of about 2-10 degrees. In this embodiment, the central axis of the focused X-ray beam has a fixed non-zero incident angle φi and has a zero azimuth angle θg relative to the sample as described in connection with FIG. 4A. In another embodiment, the central axis of the focused X-ray beam has a fixed non-zero incident angle φi and has a non-zero azimuth angle θg relative to the sample as described in connection with FIG. 4B. .

一実施態様において,低エネルギーX線ビームが周期構造上に衝突される。たとえば,この一実施態様では,上記低エネルギーX線ビームは約1keVまたはそれ未満のエネルギーを持つ。このような低エネルギー・ソースの使用によって,より小さい達成可能スポット・サイズを持つより大きな入射角が可能になる。一実施形態では,上記低エネルギーX線ビームは,限定はされないが,カーボン(C),モリブデン(Mo)またはロジウム(Rh)といったソースから生成されるKαビームである。   In one embodiment, a low energy x-ray beam is impinged on the periodic structure. For example, in this embodiment, the low energy x-ray beam has an energy of about 1 keV or less. The use of such a low energy source allows a larger incident angle with a smaller achievable spot size. In one embodiment, the low energy X-ray beam is a Kα beam generated from a source such as, but not limited to, carbon (C), molybdenum (Mo) or rhodium (Rh).

一実施態様において,上記低エネルギーX線ビームは,上記周期構造への衝突に先だって,トロイダル多層モノクロメータ(toroidal multilayer monochromator)を使用して集光(focus)される。この一実施形態では,上記モノクロメータは約+/−30度の範囲の入射角を提供し,かつ約+/−10度の範囲の方位角を提供する。特定の実施形態では,上記トロイダル多層モノクロメータは約+/−20度の範囲の入射角を提供する。本書に記載の上記円錐形X線ビームはコリメートされたものでなくてもよく,またはコリメートされる必要がないことを理解されたい。たとえば,一実施態様では,上述したモノクロメータにおける上記ビーム集光と,上記周期的試料上への集光ビーム衝突との間で,上記ビームに対してコリメーションは行われない。一実施態様では,集光された低エネルギーX線ビーム(focused low energy X-ray beam)が,ゼロ度における公称一次角度の角度よりも小さい入射角度範囲(incident angle range less than the angle of a nominal first-order angle at zero degrees)で試料上に衝突される。   In one embodiment, the low energy X-ray beam is focused using a toroidal multilayer monochromator prior to impacting the periodic structure. In this embodiment, the monochromator provides an incident angle in the range of about +/− 30 degrees and an azimuth angle in the range of about +/− 10 degrees. In certain embodiments, the toroidal multilayer monochromator provides an incident angle in the range of about +/− 20 degrees. It should be understood that the conical X-ray beam described herein may or may not be collimated. For example, in one embodiment, the beam is not collimated between the beam focusing in the monochromator described above and the focused beam impingement on the periodic sample. In one embodiment, the focused low energy X-ray beam is less than the angle of a nominal incident angle range less than the nominal primary angle at zero degrees. First-order angle at zero degrees).

再度図2を参照して,一実施態様において,上記散乱X線ビーム206の少なくとも一部が検出器250を用いて収集される。この一実施形態では,2次元検出器が,複数の入射角および複数の方位角から散乱された散乱X線ビーム206の部分の散乱信号強度を同時にサンプルするために用いられる。収集された信号はその後に散乱計測解析の対象とされ,たとえば,散乱データのインバージョン(inversion of scatter data)が理論と比較されて上記周期構造100の構造詳細が決定される。この一実施態様では,サンプリングされた散乱信号強度に対する散乱ソリューションのインバージョン(inversion of scattering solutions relative to the sampled scattered signal intensity)を用いて,たとえば,上記周期構造についてマクスウェル方程式を厳密に解く(rigorously solving Maxwell's equations on the periodic structure)ことによって,試料の周期構造の形状が推定される。一実施態様では,上記試料に衝突する上記X線ビームは,上記周期構造100の周期よりも短い波長を持つ。このように,プロービング波長は基礎的構造寸法に匹敵するかまたはそれよりも小さく(短く),OCD散乱計測に比べて上記散乱ビーム206から豊富なデータ・セットが提供される。   Referring again to FIG. 2, in one embodiment, at least a portion of the scattered x-ray beam 206 is collected using a detector 250. In this embodiment, a two-dimensional detector is used to simultaneously sample the scattered signal intensity of portions of the scattered X-ray beam 206 scattered from multiple incident angles and multiple azimuth angles. The collected signals are then subjected to scatterometry analysis, and for example, the inversion of scatter data is compared with theory to determine the structural details of the periodic structure 100. In this embodiment, inversion of scattering solutions relative to the sampled scattered signal intensity is used, for example, to strictly solve the Maxwell equation for the periodic structure. Maxwell's equations on the periodic structure), the shape of the periodic structure of the sample is estimated. In one embodiment, the X-ray beam impinging on the sample has a wavelength shorter than the period of the periodic structure 100. Thus, the probing wavelength is comparable to or smaller (shorter) than the basic structural dimensions, providing a rich data set from the scattered beam 206 compared to OCD scatterometry.

上述したように,一実施態様では,XRSに用いられる上記入射円錐形X線ビームは,約20〜40度の範囲の集光角度φconeを有する集光X線ビームである。このような比較的広い円錐角は,ゼロ次反射データに加えて高次の回折データを含む散乱ビームを生成することができる。すなわち,一実施態様では,ゼロ次および高次の情報の両方が単一の衝突動作で並列に取得される。   As described above, in one embodiment, the incident conical X-ray beam used in XRS is a focused X-ray beam having a collection angle φcone in the range of about 20-40 degrees. Such a relatively wide cone angle can generate a scattered beam containing higher order diffraction data in addition to zero order reflection data. That is, in one embodiment, both zero order and higher order information are acquired in parallel in a single collision action.

他のシナリオにおいて,高次回折データからゼロ次反射データを分ける(separate)のが好ましい。この一実施態様において比較的狭い円錐角が用いられ,たとえば入射X線ビームは約2〜10度の範囲の集光角を有する集光X線ビームとされる。上記比較的狭い円錐角を用いて複数回の単一計測を実行してもよい。たとえば,一実施態様において,第1回目の計測が,図4Aに関連して説明したように,上記集光ビームの中心軸にゼロの方位角を持たせる。次の第2回目の計測では,図4Bに関連して説明したように,上記集光ビームの中心軸に非ゼロ方位角を持たせる。特定の実施態様では,連続的に,周期構造を有する試料について,第1回目の計測が0次回折データを収集するために実行されそこでは1次回折データの収集は行われない。第2回目の計測が,周期構造を有する試料について,1次回折データを収集するために実行されそこでは0次回折データは収集されない。このようにして,散乱ビームを生成するときにゼロ次データを高次データから分離することができる。   In other scenarios, it is preferable to separate the zero order reflection data from the high order diffraction data. In this embodiment, a relatively narrow cone angle is used, for example, the incident x-ray beam is a focused x-ray beam having a collection angle in the range of about 2-10 degrees. A plurality of single measurements may be performed using the relatively narrow cone angle. For example, in one embodiment, the first measurement causes the central axis of the focused beam to have a zero azimuth, as described in connection with FIG. 4A. In the next second measurement, as described with reference to FIG. 4B, the central axis of the focused beam has a non-zero azimuth angle. In a particular embodiment, for a sample having a periodic structure, a first measurement is performed to collect 0th order diffraction data, where no 1st order diffraction data is collected. A second measurement is performed to collect 1st order diffraction data for a sample having a periodic structure, and 0th order diffraction data is not collected there. In this way, zero order data can be separated from higher order data when generating a scattered beam.

並列アプローチおよび連続(順列)アプローチに再び関するが,本書に記載の実施形態において,X線反射散乱計測は,非ゼロ方位におけるアプローチによって(by approaching in a non-zero azimuth),アレイ検出器上において異なる次数を分離するために用いられる。多くのケースにおいてより有用なのは高次である。すべての次数を並列にきれいに取得することで,一例としてスループットを向上させることができる。しかしながら,連続アプローチも用いることができる。さらに,単一の入射角ではなくさまざまな入射角においては,非常に集光されたビーム(very focused beam)がプロービング(探索)のために用いられる。一実施態様において,上記ビームは,コリメートされたビームのためにコリメートされず(the beam is not collimated since for a collimated beam),試料は連続して取られるデータを用いて回転を必要とする(a sample would require rotation with data taken serially)。高次をキャプチャすることによって,強い反射ビームを取得するために非常に小さな入射角の使用が必要とされなくなる。対照的に,一実施態様では,正反射ビーム(0次)が比較的弱く,他方たとえば−1次が非常に強い場合であっても,たとえば10度から15度の入射角を使用することができる。   Again referring to the parallel approach and the continuous (permutation) approach, in the embodiments described herein, X-ray reflection scatterometry is performed on an array detector by an approach in a non-zero azimuth. Used to separate different orders. More useful in many cases is higher order. By obtaining all the orders cleanly in parallel, the throughput can be improved as an example. However, a continuous approach can also be used. In addition, a very focused beam is used for probing at various angles of incidence rather than a single angle of incidence. In one embodiment, the beam is not collimated because of the collimated beam, and the sample requires rotation using data taken continuously (a sample would require rotation with data taken serially). By capturing higher orders, the use of a very small angle of incidence is not required to obtain a strong reflected beam. In contrast, in one embodiment, an incident angle of, for example, 10 degrees to 15 degrees may be used even if the specularly reflected beam (0th order) is relatively weak while the -1st order is very strong, for example. it can.

上述のいずれのケースにおいても,並列または連続の収集のいずれについても,この明細書に記載の実施形態は,ゼロ次反射(正反射)からの,および回折次(高次)からの,両方のデータを取得するために使用することができる。従来のソリューションは,ゼロ次または回折次(高次)の両方ではなく,いずれかを使用することを強調していた。本書に記載の実施形態は,従前開示されている散乱計測アプローチとより区別することができ,その例のいくつかを以下に説明する。   In any of the above cases, for either parallel or continuous acquisition, the embodiments described in this document are both from zero order reflection (specular reflection) and from diffraction order (high order). Can be used to obtain data. Traditional solutions emphasized the use of either zero order or diffraction order (higher order) rather than both. The embodiments described herein can be more distinguished from previously disclosed scatterometry approaches, some examples of which are described below.

すでに開示されている第1のアプローチにおいて,ユンその外(Yun et al.)の米国特許7,920,676がCD-GISAXSシステムおよび方法を記載する。記載のアプローチは,コリメート・ビームから生成される散乱X線の回折パターンを解析し,かつ回折光の複数の次数(multiple orders of the diffracted light)を解析する。回折次数が大きく離間しているので,より高い集光ビームを提供するために低エネルギーが使用される。しかしながら次数は依然としてかなり密集しており,記載されている集光角はマイクロラジアンの範囲にある。さらに多数の入射角について回折は収集されない。   In a first approach already disclosed, Yun et al. US Pat. No. 7,920,676 describes a CD-GISAXS system and method. The described approach analyzes the diffraction pattern of the scattered X-rays generated from the collimated beam and analyzes the multiple orders of the diffracted light. Because the diffraction orders are far apart, low energy is used to provide a higher focused beam. However, the orders are still fairly dense and the described collection angle is in the microradian range. Furthermore, no diffraction is collected for a large number of incident angles.

対照的に,本書に記載の一または複数の実施形態では,広範囲の入射角度が単一ビームにおいて使用される。このアプローチでは,回折次数(ゼロ次以外のもの)は有用であるとして実際にキャプチャする必要はない。しかしながら+/−1次はグレーティング特性(特に,ピッチ)に対して異なる感度を有することができ,したがって一実施形態では,少なくとも一つのさらなる次数が可能であればキャプチャされる。その場合も信号が入射角に応じて変化するようなやり方においては情報の大部分が含まれる。対照的に,米国特許7,920,676では,本質的に一つの入射角が用いられており,回折次数の多重度を見ることによって情報が集められる。   In contrast, in one or more embodiments described herein, a wide range of incident angles is used in a single beam. In this approach, the diffraction orders (other than the zero order) need not actually be captured as useful. However, the +/− 1 order can have different sensitivities to the grating characteristics (especially pitch), so in one embodiment at least one further order is captured if possible. Again, most of the information is included in such a way that the signal varies with the angle of incidence. In contrast, in US Pat. No. 7,920,676, essentially one angle of incidence is used, and information is gathered by looking at the multiplicity of diffraction orders.

さらに,本書に記載の一または複数の実施形態では,一次ビームをゼロ次ビームの側部(side)に移動させることによって,ゼロ次ビームから一次ビームを分離することができる。この実施形態では,周期的なまたはグレーティング構造が非ゼロ方位角に近づけられる。このやり方では,次数分離を達成しつつより高い集光ビーム(highly converging beam)を使用することができる。例示的実施形態において,(集光ビームの中心軸の)45°の方位角に上記グレーティングを近づけることによって,+/−1次回折ビームが最小10度で(by a minimum of 10 degrees)ゼロ次ビームの側部に回折され,入射角が大きくされるとさらに大きくなる。このケースでは,最大約10度の集光ビームをオーバーラップやデータを避けながら使用することができる。グレーティング・ピッチとX線エネルギーの仕様に応じて,次数間の分離は大きくもまたは小さくもすることができることを理解されたい。全体として,この実施例では,複数の入射および方位角を同時に収集することによって,コリメート・ビームの単一ショットよりもさらに有用な情報が得られる。   Further, in one or more embodiments described herein, the primary beam can be separated from the zero order beam by moving the primary beam to the side of the zero order beam. In this embodiment, the periodic or grating structure is brought closer to a non-zero azimuth. In this way, a higher converging beam can be used while achieving order separation. In an exemplary embodiment, the +/− 1 order diffracted beam is zero order by a minimum of 10 degrees by bringing the grating closer to an azimuth angle of 45 ° (of the central axis of the focused beam). It is diffracted to the side of the beam and becomes larger as the incident angle is increased. In this case, a focused beam of up to about 10 degrees can be used while avoiding overlap and data. It should be understood that the separation between orders can be large or small, depending on the grating pitch and x-ray energy specifications. Overall, this embodiment provides more useful information than a single shot of a collimated beam by collecting multiple incident and azimuth angles simultaneously.

従前記載されている第2のアプローチでは,マゾールその外(Mazor et al.)の米国特許6,556,652がX線を用いた限界寸法(critical dimensions)の計測を記載する。記載されているアプローチは,実際はX線ビームの回折に全く基づかないものである。これに代えて,「シャドウ」(shadow)(陰影)がコリメート・ビーム中に作成される。シャドウはあるパターン(たとえば線形グレーティング構造)を反映する。シャドウのコントラスト・メカニズムは,グレーティングの隙間の底面におけるSi領域と,リッジ材料(フォトレジスト)を最初に通過するときの臨界角との間のX線を反射する臨界角の差である。対照的に,本書に記載の実施態様では,情報の大部分は臨界角をはるかに超える角度における信号から到来する。   In a second approach previously described, Mazor et al. US Pat. No. 6,556,652 describes the measurement of critical dimensions using X-rays. The approach described is actually not based at all on the diffraction of the X-ray beam. Instead, a “shadow” is created in the collimated beam. The shadow reflects a pattern (eg, a linear grating structure). The contrast mechanism of the shadow is the difference in the critical angle reflecting X-rays between the Si region at the bottom of the grating gap and the critical angle when first passing through the ridge material (photoresist). In contrast, in the embodiment described herein, most of the information comes from signals at angles far beyond the critical angle.

上記に簡単に説明をし,以下に具体例を示すように,X線反射散乱計測(X-ray reflectance scatterometry)(XRS)は,2次元および3次元の周期的またはグレーティング構造に適用されるX線反射計測(X-ray reflectometry)(XRR)の一タイプとして見ることができる。従来のXRR計測は,ある角度範囲にわたって試料をプローブする(探索する)単一のX線ソースの使用を含む。角度で光路長差が変化することで,膜厚および膜密度のようなフィルム特性情報を収集するために識別可能な干渉縞が提供される。しかしながら,XRRにおいて,高いソースエネルギーを用いたときの物質とのX線相互作用の物理的性質が,試料水平面に対して典型的には約3度以下の斜入射(grazing incidence)に角度範囲を制限する。その結果,XRRは生産性/インライン性(production/inline viability)を制限していたのである。対照的に,本書に記載の実施態様では,低エネルギーXRR/XRSを適用することによって,信号感度のより大きな角度を導くエネルギーを用いて光学フィルム特性を変えることに起因して,大きな角度を使用することができる。   X-ray reflectance scatterometry (XRS), as briefly described above and illustrated below, is an X-ray applied to 2D and 3D periodic or grating structures. It can be seen as a type of X-ray reflectometry (XRR). Conventional XRR metrology involves the use of a single x-ray source that probes (searches) a sample over a range of angles. The variation in optical path length with angle provides an identifiable interference fringe for collecting film property information such as film thickness and film density. However, in XRR, the physical nature of the X-ray interaction with the material when using high source energies has an angular range that is typically about 3 degrees or less grazing incidence with respect to the sample horizontal plane. Restrict. As a result, XRR has limited production / inline viability. In contrast, the embodiments described herein use large angles due to the application of low energy XRR / XRS to change optical film properties with energy that leads to a larger angle of signal sensitivity. can do.

低エネルギーXRSの適用例では,基礎的半導体トランジスタ・ビルディング・ブロックを計測し,かつ分析することができる。たとえば,半導体デバイスの限界寸法(critical dimension)(CD)は,デバイス性能または製造歩留まりに直接に影響する形状(feature)を指す。したがって,CDは厳格な仕様のもとで製造ないし制御されなければならない。たとえば,従来のCDの例としては,ゲート長,ゲート幅,配線の線幅,線間隔,および線幅ラフネス(line width roughness)(LWR)が挙げられる。半導体デバイスはこのような寸法に非常に敏感であり,小さな変化が,性能,機器故障,または製造歩留まりに実質的な影響を潜在的にもたらす。半導体デバイスの集積回路(integrated circuit)(IC)の形状寸法は縮小され続けており,製造業者は,これまでプロセスウィンドウの減少および厳しい公差に直面している。CD計測ツールの精度および感度の要求が劇的に上昇しているだけでなく,半導体装置の製造工場や生産工場の生産性に対する影響を最小限に抑えながら,初期製造サイクルにおける非破壊計測サンプリングの必要性が劇的に高まっている。   In low energy XRS applications, basic semiconductor transistor building blocks can be measured and analyzed. For example, the critical dimension (CD) of a semiconductor device refers to a feature that directly affects device performance or manufacturing yield. Therefore, CDs must be manufactured or controlled under strict specifications. For example, examples of conventional CDs include gate length, gate width, wiring line width, line spacing, and line width roughness (LWR). Semiconductor devices are very sensitive to such dimensions, and small changes can potentially have a substantial impact on performance, equipment failure, or manufacturing yield. Semiconductor device integrated circuits (IC) geometries continue to shrink and manufacturers have faced process window reductions and tight tolerances to date. Not only has the demand for accuracy and sensitivity of CD metrology tools increased dramatically, but the impact of non-destructive metrology sampling in the initial manufacturing cycle while minimizing the impact on semiconductor device manufacturing and production plant productivity. The need is rising dramatically.

非平面半導体デバイスの製造はさらに事態を複雑にしている。たとえば,多くの場合フィンと称される非平面トポロジーを有する隆起チャンネルにおいて組み立てられる半導体デバイスは,考慮されなければならない追加のCDとしてフィンの寸法をさらに含む。このようなフィン型電界効果トランジスタ(fin field effect transistor)(fin-FET)またはマルチゲートデバイスは高アスペクト比の特徴を有し,側壁角,上部および底部の寸法を含むデバイス構造のフィン上の3次元(3D)プロファイル情報の必要性が重要になってきている。したがって,3Dプロファイルを計測する能力は,従来の2次元の線幅および間隔のCD情報よりも,はるかに価値のある情報を提供する。   Manufacturing non-planar semiconductor devices further complicates matters. For example, a semiconductor device assembled in a raised channel having a non-planar topology, often referred to as a fin, further includes the dimensions of the fin as an additional CD that must be considered. Such fin field effect transistors (fin-FETs) or multi-gate devices have high aspect ratio features, including 3 on the fin of the device structure, including sidewall angles, top and bottom dimensions. The need for dimensional (3D) profile information has become important. Thus, the ability to measure 3D profiles provides much more valuable information than traditional two-dimensional line width and spacing CD information.

図5は,この発明の実施形態による,低エネルギーX線反射散乱計測に適するフィンFETデバイスの態様例を示している。図5を参照して,構造Aは,堆積されたゲート電極スタック504を有する半導体フィン502の斜断面を示している。上記半導体フィン502は,シャロウ・トレンチ・アイソレーション(shallow trench isolation)(STI)領域508によって絶縁された基板506から突出している。上記ゲート電極スタック504は,ゲート誘電体層510およびゲート電極512を含む。構造Bは,STI領域524間で基板522から突出する半導体フィン520の断面図を示している。構造Bの態様は,XRS計測を通じて,フィンの角の丸まり(corner rounding)(CR),フィンの側壁角(sidewall angle)(SWA),フィンの高さ(H),フィンの切欠き(notch),およびSTI厚(T)を含む重要な情報を提供することができ,これら全てが図5の構造Bに示されている。構造CはSTI領域534間で基板532から突出し,かつ多層スタック(multilayer stack)のフィルム536を有する半導体フィン530の断面図を示している。多層スタックのフィルム536の層には,限定はされないが,チタンアルミカーバイド(TiAlC),窒化タンタル(TaN)または窒化チタン(TiN)のような材料層が含まれる。構造BとCを比較して,XRS計測は,ベア・シリコン・フィン(bare silicon fin)(構造B)のようなベア・フィン(bare fin)上で実行することができ,またはその上に堆積された様々な材料層を有するフィン上で実行することができる。   FIG. 5 shows an example of a FinFET device suitable for low energy X-ray reflection scattering measurement according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, structure A shows an oblique cross section of a semiconductor fin 502 having a deposited gate electrode stack 504. The semiconductor fin 502 protrudes from a substrate 506 that is insulated by a shallow trench isolation (STI) region 508. The gate electrode stack 504 includes a gate dielectric layer 510 and a gate electrode 512. Structure B shows a cross-sectional view of the semiconductor fin 520 protruding from the substrate 522 between the STI regions 524. The form of structure B consists of fin rounding (CR), fin sidewall angle (SWA), fin height (H), fin notch through XRS measurements. , And STI thickness (T) can be provided, all of which are shown in structure B of FIG. Structure C shows a cross-sectional view of a semiconductor fin 530 that protrudes from a substrate 532 between STI regions 534 and has a multilayer stack film 536. The layers of film 536 of the multilayer stack include, but are not limited to, material layers such as titanium aluminum carbide (TiAlC), tantalum nitride (TaN), or titanium nitride (TiN). Comparing structures B and C, XRS measurements can be performed on or deposited on a bare fin such as a bare silicon fin (Structure B). Can be carried out on fins with various layers of material.

図6は,この発明の実施形態によるもので,10nm/20nmのライン/スペース比を備える周期構造を有するシリコン(Si)フィンの散乱角に対する0次反射のプロット600と対応する構造(A)−(E)とを含んでいる。図6を参照して,低エネルギーXRS計測は,公称(通常の)(nominal)フィン構造(構造A),フィン高さが高くされた構造(構造B),フィン幅が狭められた構造(構成C),フィン頂部CDに対してフィン底部CDが広げられた構造(構造D),およびフィン頂部CDに対してフィン底部CDが狭められた構造(構造E)を区別するために用いることができる。この例では,周期構造に対して45度の0次円錐回折を用いてSiフィンが解析される。光データと比較して,最も高い信号の減少領域(reduced region of highest signal)が,短波長の結果であるプロット600に見られるデータにおけるフリンジ(fringes)によって達成されることを理解されたい。   FIG. 6 is according to an embodiment of the present invention and corresponds to a structure (A) − corresponding to a zero-order reflection plot 600 versus scattering angle of a silicon (Si) fin having a periodic structure with a line / space ratio of 10 nm / 20 nm. (E). Referring to FIG. 6, low energy XRS measurement includes a nominal fin structure (structure A), a structure with a fin height increased (structure B), and a structure with a narrow fin width (structure). C), which can be used to distinguish between a structure in which the fin bottom CD is widened with respect to the fin top CD (structure D) and a structure in which the fin bottom CD is narrowed with respect to the fin top CD (structure E). . In this example, Si fins are analyzed using zero degree conical diffraction of 45 degrees with respect to the periodic structure. It should be understood that the reduced region of highest signal compared to the optical data is achieved by fringes in the data seen in plot 600, which is the result of the short wavelength.

図7は,この発明の実施態様によるもので,10nm/20nmのライン/スペース比を備える周期構造を有するシリコン(Si)フィンの散乱角に対する1次反射のプロット700と対応する構造(A)−(E)とを含んでいる。図7を参照して,低エネルギーXRS計測は,公称(nominal)フィン構造(構造A),フィン高さが高くされた構造(構造B),フィン幅が狭められた構造(構成C),フィン頂部CDに対してフィン底部CDが広げられた構造(構造D),およびフィン頂部CDに対してフィン底部CDが狭められた構造(構造E)を区別するために用いることができる。この例では,周期構造に対して45度の1次円錐回折を用いてSiフィンが解析される。これに加えて,変動ピッチの構造がプロット700に含まれている。プロット700に見られるように,1次データはフィン厚に非常に敏感である(構造AおよびC−Eに起因する信号から構造Bがかなり離れていることに着目せよ)。また,変動ピッチのスペクトルが他のスペクトルから大幅に識別可能であることにも着目すると,1次データは周期構造のピッチ変動に対して非常に敏感である。   FIG. 7 is according to an embodiment of the present invention, and a structure (A) − corresponding to a plot 700 of primary reflection against scattering angle of a silicon (Si) fin having a periodic structure with a line / space ratio of 10 nm / 20 nm. (E). Referring to FIG. 7, low-energy XRS measurement includes nominal fin structure (structure A), fin height increased structure (structure B), fin width narrowed structure (configuration C), fins It can be used to distinguish between a structure in which the fin bottom CD is widened with respect to the top CD (structure D) and a structure in which the fin bottom CD is narrowed with respect to the fin top CD (structure E). In this example, Si fins are analyzed using first order conical diffraction of 45 degrees with respect to the periodic structure. In addition, a variable pitch structure is included in plot 700. As can be seen in plot 700, the primary data is very sensitive to fin thickness (notice that structure B is far away from the signals due to structures A and CE). Also, paying attention to the fact that the spectrum of the fluctuation pitch can be significantly distinguished from other spectra, the primary data is very sensitive to the pitch fluctuation of the periodic structure.

別の観点でX線反射散乱計測を実行する装置を説明する。一般には,一実施態様において,この装置は,一般的なX線ソースとともに2次元に広がる焦点モノクロメータ(focusing monochromator)を含む。焦点モノクロメータは,光の入射光線を,二つの可変の入射角,すなわち(i)周期構造の平面に対する入射と,(ii)構造の対称性に関する方位角(かつ固定入射角)とで,周期試料に当てることができる。散乱光の検出は2次元(2D)検出器によって達成され,2次元検出器は2つの角度方向における散乱角度範囲にわたって散乱信号強度を同時にサンプリングする2次元(2D)検出器によって達成される。一実施態様では,検出信号が散乱次数オーバーラップの無いことを確実にする上記モノクロメータの制約は,入射角度範囲が0度における公称一次角の角度よりも小さいこと,すなわちθ=sin-1(1-λ/d)であることを必要とする。グレーティングの周期よりも短い特徴波長を有する光を用いる結果,より高次の回折次数がアクセス可能となり,かつグレーティング構造に関する追加情報が提供される。これに加えて,複数の厚さサイクルの干渉縞(interference fringes)を,ライン高さ,幅,および形状を決定するために利用することができる。周期構造の形状および構造の最終的な推定は,2D干渉/散乱データと比較される散乱ソリューションのインバージョン(inversion of the scattering solutions)を通じて達成される。 An apparatus that performs X-ray reflection / scattering measurement from another viewpoint will be described. In general, in one embodiment, the apparatus includes a focusing monochromator that extends in two dimensions with a common X-ray source. The focus monochromator is designed to divide the incident beam of light into two variable incident angles: (i) incident on the plane of the periodic structure and (ii) azimuth angle (and fixed incident angle) with respect to the symmetry of the structure. Can be applied to the sample. The detection of scattered light is achieved by a two-dimensional (2D) detector, which is achieved by a two-dimensional (2D) detector that simultaneously samples the scattered signal intensity over a range of scattering angles in two angular directions. In one embodiment, the monochromator constraint that ensures that the detection signal has no scatter order overlap is that the incident angle range is less than the nominal primary angle at 0 degrees, ie θ = sin −1 ( 1-λ / d). As a result of using light having a characteristic wavelength shorter than the grating period, higher diffraction orders are accessible and additional information about the grating structure is provided. In addition, multiple thickness cycles of interference fringes can be used to determine line height, width, and shape. Final estimation of the shape and structure of the periodic structure is achieved through inversion of the scattering solutions compared to 2D interference / scattering data.

より詳細な例として,図8は,この発明の実施形態によるもので,XRS機能を有する周期構造計測システムを表すものである。   As a more detailed example, FIG. 8 is according to an embodiment of the present invention and represents a periodic structure measurement system having an XRS function.

図8を参照して,X線反射散乱計測によって試料802を計測するシステム800は,約1keVないしそれ未満のエネルギーを有するX線ビーム806を生成するX線ソース804を含む。試料ホルダ808が,周期構造を有する試料802を位置決めするために設けられている。モノクロメータ810がX線ソース804と試料ホルダ802の間に位置決めされており,X線ビーム806は,上記X線ソース804から上記モノクロメータ810に,さらに上記試料ホルダ808に向かう。上記モノクロメータ810は,上記X線ビーム806を集光するもので,上記試料ホルダ808に入射X線ビーム812を提供する。上記入射X線ビーム812は同時に複数の入射角および複数の方位角を持つ。上記システム800はまた,上記試料802からの散乱X線ビーム816の少なくとも一部を収集する検出器814を含む。   Referring to FIG. 8, a system 800 for measuring a sample 802 by X-ray reflection scatterometry includes an X-ray source 804 that generates an X-ray beam 806 having an energy of about 1 keV or less. A sample holder 808 is provided for positioning a sample 802 having a periodic structure. A monochromator 810 is positioned between the X-ray source 804 and the sample holder 802, and the X-ray beam 806 is directed from the X-ray source 804 to the monochromator 810 and further to the sample holder 808. The monochromator 810 condenses the X-ray beam 806 and provides the incident X-ray beam 812 to the sample holder 808. The incident X-ray beam 812 has a plurality of incident angles and a plurality of azimuth angles at the same time. The system 800 also includes a detector 814 that collects at least a portion of the scattered x-ray beam 816 from the sample 802.

さらに図8を参照して,一実施態様では,上記X線ソース804,試料ホルダ808,モノクロメータ810および検出器814はすべてチャンバー818内に収納されている。一実施態様において,上記システム800はさらに電子銃(electron gun)820を含む。この実施形態において,上記X線ソース804はアノードであり,上記電子銃はアノードに向けられている。特定の実施形態では,上記アノードは低エネルギーX線を生成するものであり,限定はされないが,カーボン(C),モリブデン(Mo)またはロジウム(Rh)のような材料を含む。一実施態様では,上記電子銃820は約1keVの電子銃である。さらに図8を参照して,磁気電子抑制装置(magnetic electron suppression device)822がX線ソース804とモノクロメータ810との間に設けられている。   Still referring to FIG. 8, in one embodiment, the X-ray source 804, sample holder 808, monochromator 810 and detector 814 are all housed in a chamber 818. In one embodiment, the system 800 further includes an electron gun 820. In this embodiment, the X-ray source 804 is an anode and the electron gun is aimed at the anode. In certain embodiments, the anode generates low energy x-rays and includes, but is not limited to, materials such as carbon (C), molybdenum (Mo) or rhodium (Rh). In one embodiment, the electron gun 820 is an approximately 1 keV electron gun. Still referring to FIG. 8, a magnetic electron suppression device 822 is provided between the X-ray source 804 and the monochromator 810.

一実施態様では,上記モノクロメータ810はトロイダル多層モノクロメータ(toroidal multilayer monochromator)であり,約+/−30度の入射角度範囲および約+/−10度の方位角を提供する。その一実施形態では,上記トロイダル多層モノクロメータは約+/−20度の入射角度範囲を提供する。一実施態様では,上述したように,上記モノクロメータ810と上記試料ホルダ808との間にコリメータは介在しない。上記モノクロメータ810を,XRS計測のための所望の入射ビームを提供するために位置決めしてもよい。たとえば,第1の実施態様では,上記モノクロメータ810は上記試料ホルダ808に対して位置決めされ,上記試料802の周期構造に対して,固定非ゼロ入射角とゼロ方位角と持つ中心軸を有する集光X線ビームを提供する。第2の実施態様では,上記モノクロメータ810は上記試料ホルダ808に対して位置決めされ,試料802の周期構造に対して固定非ゼロ入射角と非ゼロ方位角とを持つ中心軸を有する集光X線ビームを提供する。一実施態様では,上記モノクロメータ810は,ガラス基板上に交互に堆積された金属(M)層とカーボン(C)層から構成され,ここでMは,限定はされないが,コバルト(Co)またはクロム(Cr)のような金属である。この特定の実施形態では,多層モノクロメータが炭素系のKα放射を反射するために設けられ,約4ナノメータの周期,すなわち約5ナノメータの反射ビームの波長よりもわずかに小さい周期を持つCo/C,またはCr/Cの約100の繰り返し層を含む。この実施形態では,Co層またはCr層はC層よりも薄い。   In one embodiment, the monochromator 810 is a toroidal multilayer monochromator that provides an incident angle range of about +/− 30 degrees and an azimuth angle of about +/− 10 degrees. In one embodiment, the toroidal multilayer monochromator provides an incident angle range of about +/− 20 degrees. In one embodiment, as described above, no collimator is interposed between the monochromator 810 and the sample holder 808. The monochromator 810 may be positioned to provide a desired incident beam for XRS measurement. For example, in the first embodiment, the monochromator 810 is positioned with respect to the sample holder 808 and has a central axis with a fixed non-zero incident angle and a zero azimuth angle with respect to the periodic structure of the sample 802. An optical x-ray beam is provided. In a second embodiment, the monochromator 810 is positioned with respect to the sample holder 808 and has a central X axis having a fixed non-zero incident angle and a non-zero azimuth angle with respect to the periodic structure of the sample 802. Provides a line beam. In one embodiment, the monochromator 810 comprises a metal (M) layer and a carbon (C) layer deposited alternately on a glass substrate, where M is not limited to cobalt (Co) or It is a metal such as chromium (Cr). In this particular embodiment, a multi-layer monochromator is provided to reflect carbon-based Kα radiation and has a period of about 4 nanometers, ie a period slightly less than the wavelength of the reflected beam of about 5 nanometers. Or about 100 repeating layers of Cr / C. In this embodiment, the Co layer or the Cr layer is thinner than the C layer.

上記試料ホルダ808は移動可能な試料ホルダであってもよい。たとえば,一実施態様では,上記試料ホルダ808は回転自在であり,試料802の周期構造に対してX線ビーム812の中心軸の方位角を変える。一実施態様では,上記試料ホルダ808は回転自在であり,ユーセントリック回転を伴う直交動作(orthogonal operation with eucentric rotation)を提供し,計測ごとに2以上の試料回転(two or more sample rotations per measurement)を可能にする。一実施態様では,図8に示すように,ナビゲーション目視検査装置824によって,上記試料ホルダ808の目視検査を行うことができる。この実施形態の一形態では,フリップイン対物レンズ(flip-in objective lens)が視覚ベースの検査システムのために含まれる。   The sample holder 808 may be a movable sample holder. For example, in one embodiment, the sample holder 808 is rotatable and changes the azimuth angle of the central axis of the X-ray beam 812 with respect to the periodic structure of the sample 802. In one embodiment, the sample holder 808 is rotatable and provides orthogonal operation with eucentric rotation, with two or more sample rotations per measurement. Enable. In one embodiment, the sample holder 808 can be visually inspected by a navigation visual inspection device 824 as shown in FIG. In one form of this embodiment, a flip-in objective lens is included for a vision-based inspection system.

一実施態様では,上記検出器814が2次元検出器である。上記2次元検出器を,上記入射ビーム812の複数の入射角および複数の方位角から散乱される散乱X線ビーム816の部分の散乱信号強度を同時にサンプリングするように構成することができる。一実施態様では,上記システム800は,上記2次元検出器に接続された処理装置または計算システム899をさらに含む。この実施態様の一形態では,上記処理装置899は上記サンプリングされた散乱信号強度に対する散乱ソリューションのインバージョン(逆解析)によって上記試料802の周期構造の形状を推定する。2次元検出器に代えて,別の実施形態において,走査スリットを実装してもよい。いずれのケースにおいても,上記検出器814を,分散範囲にわたって約1000ピクセルのデータ収集を達成するように構成することができる。   In one embodiment, the detector 814 is a two-dimensional detector. The two-dimensional detector may be configured to simultaneously sample the scattered signal intensity of the portion of the scattered X-ray beam 816 that is scattered from multiple incident angles and multiple azimuth angles of the incident beam 812. In one embodiment, the system 800 further includes a processing unit or computing system 899 connected to the two-dimensional detector. In one form of this embodiment, the processor 899 estimates the shape of the periodic structure of the sample 802 by inversion of the scattering solution with respect to the sampled scattered signal intensity. Instead of the two-dimensional detector, a scanning slit may be mounted in another embodiment. In either case, the detector 814 can be configured to achieve approximately 1000 pixel data collection over a distributed range.

この発明の実施態様は,コンピュータプログラム製品またはソフトウエアとして提供することができ,これにはこの発明による処理を実行するためのコンピュータ・システム(または他の電子機器)をプログラムするために用いることができる命令(イントラクション)が記憶された装置読み取り可能な媒体が含まれる。装置読み取り可能な媒体は,機械によって読み取り可能な形態において情報を記憶または送信するための任意の機構を含む。たとえば,装置読み取り可能(たとえば,コンピュータ読み取り可能)な媒体は,機械(たとえば,コンピュータ)読み取り可能な記憶媒体(たとえば,リードオンリーメモリ(ROM),ランダムアクセスメモリ(RAM),磁気ディスク記憶媒体,光記憶媒体,フラッシュメモリ装置等),装置(たとえばコンピュータ)読み取り可能な送信媒体(電気的,光学的,音響的,または他の形態の伝播信号(たとえば,赤外線信号,デジタル信号など))を含む。   Embodiments of the present invention can be provided as a computer program product or software that can be used to program a computer system (or other electronic device) for performing the processing according to the present invention. A device readable medium having instructions (intraction) that can be stored is included. A device-readable medium includes any mechanism for storing or transmitting information in a form readable by a machine. For example, device readable (eg, computer readable) media can be machine (eg, computer) readable storage media (eg, read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic disk storage media, optical Storage media, flash memory devices, etc.), device (eg, computer) readable transmission media (electrical, optical, acoustic, or other forms of propagated signals (eg, infrared signals, digital signals, etc.)).

図9は,本書に記載の一または複数の方法論を装置に実行させる一セットの命令を実行可能な,コンピュータ・システム900の例示形態の装置の概略的表現を示している。他の実施態様において,上記装置を,ローカル・エリア・ネットワーク(LAN),イントラネット,エクストラネット,またはインターネットにおいて他の装置に接続(ネットワーク接続)してもよい。上記装置は,クライアント−サーバ・ネットワーク環境においてサーバまたはクライアント装置の機能で動作させる,またはピア・ツー・ピア(または分散)ネットワーク環境におけるピア装置マシンとして動作させることができる。上記装置はパーソナル・コンピュータ(PC),タブレットPC,セットトップ・ボックス(STB),パーソナル・デジタル・アシスタント(PDA),セルラー電話,ウェブ・アプライアンス,サーバ,ネットワーク・ルータ,スイッチもしくはブリッジ,または装置によってとられるべきアクションを特定する一連の命令(シーケンシャルまたはそれ以外)を実行可能な任意の装置であってもよい。さらに,単一の装置のみが図示されているが,用語「装置」は本書に記載の任意の一または複数の方法論を実行する命令のセット(複数セット)を個々にまたは一緒に実行する任意の装置(たとえばコンピュータ)の集合を含むものとしても扱われるべきである。たとえば,一実施態様では,装置が,X線反射散乱計測によって試料を計測するための一または複数セットの命令を実行するように構成される。一例では,上記コンピュータ・システム900を上述したXRS装置800のコンピュータ・システム899の使用のために適するものとすることができる。   FIG. 9 shows a schematic representation of an apparatus in the exemplary form of a computer system 900 capable of executing a set of instructions that cause the apparatus to perform one or more methodologies described herein. In other embodiments, the device may be connected (network connection) to other devices in a local area network (LAN), intranet, extranet, or the Internet. The device can be operated in the function of a server or client device in a client-server network environment or can be operated as a peer device machine in a peer-to-peer (or distributed) network environment. The device is a personal computer (PC), tablet PC, set-top box (STB), personal digital assistant (PDA), cellular phone, web appliance, server, network router, switch or bridge, or device It may be any device capable of executing a series of instructions (sequential or otherwise) that specify the action to be taken. Further, although only a single device is illustrated, the term “device” is used to refer to any set of instructions that execute one or more methodologies described herein, either individually or together. It should also be treated as including a collection of devices (eg, computers). For example, in one embodiment, the apparatus is configured to execute one or more sets of instructions for measuring a sample by X-ray reflection scatterometry. In one example, the computer system 900 may be suitable for use with the computer system 899 of the XRS device 800 described above.

例示するコンピュータ・システム900は,処理装置902,メインメモリ904(たとえば,リードオンリーメモリ(ROM),フラッシュメモリ,シンクロナスDRAM(SDRAM)またはランバスDRAM(RDRAM)といったダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)等),スタティックメモリ906(たとえば,フラッシュメモリ,スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)等),および二次メモリ918(たとえば,データ保存装置)を含み,これらはバス930を介して互いに通信する。   An exemplary computer system 900 includes a processing unit 902, a main memory 904 (for example, a dynamic random access memory (DRAM) such as a read-only memory (ROM), a flash memory, a synchronous DRAM (SDRAM), or a RAMbus DRAM (RDRAM)). , Static memory 906 (eg, flash memory, static random access memory (SRAM), etc.), and secondary memory 918 (eg, data storage device), which communicate with each other via bus 930.

処理装置902は,マイクロプロセッサ,中央処理ユニット等の一または複数の汎用処理デバイスを表している。より詳細には,上記処理装置902は,複合命令セットコンピューティング(CISC)マイクロプロセッサ,縮小命令セットコンピューティング(RISC)マイクロプロセッサ,超長命令語(VLIW)マイクロプロセッサ,他の命令セットを実装するプロセッサ,または命令セットの組み合わせを実現するプロセッサであってもよい。処理装置902はまた,特定用途向け集積回路(ASIC),フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA),デジタル信号プロセッサ(DSP),ネットワークプロセッサなどといった,一または複数の専用処理デバイスであってもよい。処理装置902は上述した動作を実行する処理ロジック926を実行するように構成される。   The processing device 902 represents one or more general-purpose processing devices such as a microprocessor and a central processing unit. More specifically, the processor 902 implements a complex instruction set computing (CISC) microprocessor, a reduced instruction set computing (RISC) microprocessor, a very long instruction word (VLIW) microprocessor, and other instruction sets. It may be a processor or a processor that realizes a combination of instruction sets. The processing unit 902 may also be one or more dedicated processing devices such as application specific integrated circuits (ASICs), field programmable gate arrays (FPGAs), digital signal processors (DSPs), network processors, and the like. The processing device 902 is configured to execute processing logic 926 that performs the operations described above.

コンピュータ・システム900はさらに,ネットワークインターフェース装置908を備えてもよい。上記コンピュータ・システム900はまた,ビデオ表示ユニット910(たとえば液晶表示装置(LCD)または陰極線管(CRT)),アルファベットおよび数字の入力装置912(たとえばキーボード),カーソル制御装置914(たとえばマウス),および信号生成装置916(たとえばスピーカ)を備えてもよい。   The computer system 900 may further include a network interface device 908. The computer system 900 also includes a video display unit 910 (eg, a liquid crystal display (LCD) or cathode ray tube (CRT)), an alphabet and number input device 912 (eg, a keyboard), a cursor control device 914 (eg, a mouse), and A signal generation device 916 (for example, a speaker) may be provided.

二次メモリ918は,本書に記載の任意の一または複数の方法論または機能を実施する一または複数の命令セット(たとえばソフトウエア922)が記憶された,装置アクセス可能な記憶媒体(またはより具体的には,コンピュータ読み取り可能な記憶媒体)931を含んでもよい。上記ソフトウエア922はまた,コンピュータ・システム900による実行中にメインメモリ904内および/またはプロセッサ902内に完全にまたは少なくとも部分的に常駐することができ,上記メインメモリ904および処理装置902も装置読み取り可能な記憶媒体を構成する。上記ソフトウエア922はさらに,ネットワークインターフェース装置908を介してネットワーク920から送信されるまたは受信されるものであってもよい。   Secondary memory 918 is a device-accessible storage medium (or more specific, storing one or more instruction sets (eg, software 922) that perform any one or more methodologies or functions described herein. May include a computer-readable storage medium 931. The software 922 can also be fully or at least partially resident in the main memory 904 and / or the processor 902 during execution by the computer system 900, and the main memory 904 and the processing unit 902 can also be device-read. Configure possible storage media. The software 922 may further be transmitted or received from the network 920 via the network interface device 908.

装置アクセス可能記憶媒体931が単一の媒体として例示する実施形態において示されているが,用語「装置読み取り可能記憶媒体」は,一または複数セットの命令を記憶する単一の媒体または複数のメディア(たとえば,集中型または分散型データベース,および/または関連キャッシュまたはサーバ)を含むものとしてとらえるべきである。用語「装置読み取り可能な記憶媒体」は,上記装置によって実行するための一セットの命令を記憶するまたは符号化することが可能で,上記装置に任意の一または複数のこの発明の方法論を実行させる任意の媒体を含むものとしてもとらえるべきである。用語「装置読み取り可能な記憶媒体」は,したがって,限定はされないが,ソリッドステートメモリならびに光学および磁気メディアを含むものとしてとらえられるべきである。   Although the device accessible storage medium 931 is illustrated in the illustrated embodiment as a single medium, the term “device readable storage medium” refers to a single medium or multiple media that store one or more sets of instructions. (For example, a centralized or distributed database, and / or an associated cache or server) should be considered as including. The term “device-readable storage medium” is capable of storing or encoding a set of instructions for execution by the device, causing the device to perform any one or more of the inventive methodologies. Should be taken to include any media. The term “device-readable storage medium” should therefore be taken as including, but not limited to, solid state memory and optical and magnetic media.

この発明の一実施態様では,非一時的な装置アクセス可能な記憶媒体が,X線反射散乱計測によって試料を測定する方法を実行するための命令を記憶している。上記方法は,周期構造を有する試料上に入射X線ビームを衝突させて散乱X線ビームを生成することを含む。上記入射X線ビームは,複数の入射角および複数の方位角を同時に提供する。上記方法はまた,上記散乱X線ビームの少なくとも一部を収集することを含む。   In one embodiment of the present invention, a non-transitory device-accessible storage medium stores instructions for executing a method for measuring a sample by X-ray reflection scatterometry. The method includes colliding an incident X-ray beam onto a sample having a periodic structure to generate a scattered X-ray beam. The incident X-ray beam provides multiple incident angles and multiple azimuth angles simultaneously. The method also includes collecting at least a portion of the scattered x-ray beam.

以上,マルチアングルのX線反射散乱計測(XRS)を用いた周期構造を計測する方法およびシステムを説明した。   The method and system for measuring a periodic structure using multi-angle X-ray reflection / scattering measurement (XRS) have been described above.

Claims (32)

周期構造を有する試料上に,複数の入射角および複数の方位角を同時に提供する入射X線ビームを衝突させて散乱X線ビームを生成し,
上記散乱X線ビームの少なくとも一部を収集する,
X線反射散乱計測によって試料を計測する方法。
A scattered X-ray beam is generated by colliding an incident X-ray beam that simultaneously provides a plurality of incident angles and a plurality of azimuth angles on a sample having a periodic structure,
Collecting at least a portion of the scattered x-ray beam;
A method of measuring a sample by X-ray reflection scattering measurement.
上記入射X線ビームが,約20〜40度の範囲の集光角を有する集光X線ビームである,請求項1の方法。   The method of claim 1, wherein the incident x-ray beam is a focused x-ray beam having a collection angle in the range of about 20-40 degrees. 上記集光X線ビームの中心軸が,上記試料に対して固定非ゼロ入射角およびゼロの方位角を有している。請求項2の方法。   The central axis of the focused X-ray beam has a fixed non-zero incident angle and a zero azimuth angle with respect to the sample. The method of claim 2. 上記集光X線ビームの中心軸が,水平から約10〜15度の範囲の固定非ゼロ入射角を有している,請求項3の方法。   4. The method of claim 3, wherein the central axis of the focused x-ray beam has a fixed non-zero incident angle in the range of about 10-15 degrees from horizontal. 上記集光X線ビームの中心軸が,上記試料に対して固定非ゼロ入射角および非ゼロ方位角を有している,請求項2の方法。   The method of claim 2, wherein a central axis of the focused X-ray beam has a fixed non-zero incident angle and a non-zero azimuth angle with respect to the sample. 上記集光X線ビームの中心軸が,水平から約10〜15度の範囲の固定非ゼロ入射角を有している,請求項5の方法。   6. The method of claim 5, wherein the central axis of the focused x-ray beam has a fixed non-zero incident angle in the range of about 10-15 degrees from horizontal. 上記入射X線ビームが約2〜10度の範囲の集光角を有する集光X線ビームである,請求項1の方法。   The method of claim 1, wherein the incident x-ray beam is a focused x-ray beam having a collection angle in the range of about 2 to 10 degrees. 上記集光X線ビームの中心軸が,上記試料に対して固定非ゼロ入射角およびゼロの方位角を有している,請求項7の方法。   8. The method of claim 7, wherein the central axis of the focused X-ray beam has a fixed non-zero incident angle and a zero azimuth angle with respect to the sample. 上記集光X線ビームの中心軸が,上記試料に対して固定非ゼロ入射角および非ゼロ方位角を有している,請求項7の方法。   8. The method of claim 7, wherein the central axis of the focused X-ray beam has a fixed non-zero incident angle and a non-zero azimuth angle with respect to the sample. 上記集光X線ビームの上記中心軸を上記試料に対して上記固定非ゼロ入射角において非ゼロ方位角に位置決めし,その後に上記集光X線ビームを上記試料に衝突させて第2の散乱X線ビームを生成し,
上記第2の散乱X線ビームの少なくとも一部を収集することをさらに含む,
請求項8の方法。
The central axis of the focused X-ray beam is positioned at a non-zero azimuth angle at the fixed non-zero incident angle with respect to the sample, and then the focused X-ray beam collides with the sample to cause second scattering. Generate an X-ray beam,
Collecting at least a portion of the second scattered x-ray beam;
The method of claim 8.
上記散乱X線ビームの部分の収集が,上記試料について1次回折データを収集せずに0次回折データを収集することを含み,上記第2の散乱X線ビームの部分の収集が,上記試料について0次回折データを収集せずに1次回折データを収集することを含む,請求項10の方法。   Collecting the portion of the scattered X-ray beam includes collecting zero-order diffraction data without collecting the first-order diffraction data for the sample, and collecting the portion of the second scattered X-ray beam is the sample. 11. The method of claim 10, comprising collecting first order diffraction data without collecting zero order diffraction data for. 上記入射X線ビームの衝突が,約1keVまたはそれ未満のエネルギーを有する低エネルギーX線ビームの衝突を含む,請求項1の方法。   The method of claim 1, wherein the incident X-ray beam impact comprises a low energy X-ray beam impact having an energy of about 1 keV or less. 上記低エネルギーX線ビームの衝突が,カーボン(C),モリブデン(Mo)およびロジウム(Rh)からなるグループから選択されるソースから上記低エネルギーX線ビームを生成することを含む,請求項12の方法。   The collision of the low energy X-ray beam comprises generating the low energy X-ray beam from a source selected from the group consisting of carbon (C), molybdenum (Mo) and rhodium (Rh). Method. 上記試料上への上記低エネルギーX線ビームの衝突に先立って,約+/−30度の範囲の入射角および約+/−10度の範囲の方位角を提供するトロイダル多層モノクロメータを用いて上記低エネルギーX線ビームを集光する,請求項12の方法。   Prior to the impact of the low energy X-ray beam on the sample, using a toroidal multilayer monochromator that provides an incident angle in the range of about +/− 30 degrees and an azimuth angle in the range of about +/− 10 degrees. 13. The method of claim 12, wherein the low energy x-ray beam is focused. 上記低エネルギーX線ビームが上記集光と上記衝突との間でコリメートされない,請求項14の方法。   15. The method of claim 14, wherein the low energy x-ray beam is not collimated between the focused and the collision. 上記低エネルギーX線ビームの集光が,ゼロ度における公称一次角の角度よりも小さい入射角度範囲で上記試料上に上記低エネルギーX線ビームを衝突させることを含む,請求項14の方法。   15. The method of claim 14, wherein focusing the low energy x-ray beam comprises impinging the low energy x-ray beam on the sample at a range of incident angles that is less than a nominal primary angle at zero degrees. 上記トロイダル多層モノクロメータが約+/−20度の入射角度範囲を提供する,請求項14の方法。   15. The method of claim 14, wherein the toroidal multilayer monochromator provides an incident angle range of about +/- 20 degrees. 上記散乱X線ビームの部分の収集が,複数の入射角および複数の方位角から散乱された散乱X線ビームの部分の散乱信号強度を同時にサンプリングする2次元検出器の使用を含む,請求項1の方法。   2. The collection of portions of the scattered x-ray beam includes the use of a two-dimensional detector that simultaneously samples the scattered signal intensity of portions of the scattered x-ray beam scattered from a plurality of incident angles and a plurality of azimuth angles. the method of. 上記サンプリングされた散乱信号強度に対する散乱ソリューションのインバージョンによって上記試料の周期構造の形状を推定することをさらに含む,請求項18の方法。   19. The method of claim 18, further comprising estimating the shape of the periodic structure of the sample by inversion of a scattering solution to the sampled scattered signal intensity. 上記試料上への上記入射X線ビームの衝突が,上記周期構造の周期未満の波長を有するX線ビームの衝突を含む,請求項1の方法。   The method of claim 1, wherein the impingement of the incident X-ray beam on the sample comprises an impingement of an X-ray beam having a wavelength less than the period of the periodic structure. 約1keVまたはそれ未満のエネルギーを有するX線ビームを生成するX線ソース,
周期構造を有する試料を位置決めする試料ホルダ,
上記X線ソースと上記試料ホルダの間に位置決めされ,上記X線ビームを集光して,上記試料ホルダに向けて,複数の入射角および複数の方位角を同時に有する入射X線ビームを提供するモノクロメータ,および
上記試料からの散乱X線ビームの少なくとも一部を収集する検出器,
を備えている,X線反射散乱計測によって試料を計測するシステム。
An x-ray source that produces an x-ray beam having an energy of about 1 keV or less;
A sample holder for positioning a sample having a periodic structure,
Positioned between the X-ray source and the sample holder and condensing the X-ray beam to provide an incident X-ray beam having a plurality of incident angles and a plurality of azimuth angles simultaneously toward the sample holder A monochromator, and a detector that collects at least a portion of the scattered X-ray beam from the sample;
A system for measuring samples by X-ray reflection / scattering measurement.
上記X線ソースが,カーボン(C),モリブデン(Mo)およびロジウム(Rh)から構成されるグループから選択される材料を備えるアノードに向けられた電子銃を備えている,請求項21のシステム。   The system of claim 21, wherein the x-ray source comprises an electron gun directed to an anode comprising a material selected from the group consisting of carbon (C), molybdenum (Mo), and rhodium (Rh). 上記モノクロメータが,約+/−30度の入射角度範囲および約+/−10度の方位角範囲を提供するトロイダル多層モノクロメータである,請求項21のシステム。   The system of claim 21, wherein the monochromator is a toroidal multilayer monochromator that provides an incident angle range of about +/− 30 degrees and an azimuth angle range of about +/− 10 degrees. 上記トロイダル多層モノクロメータが約+/−20度の入射角度範囲を提供するものである,請求項23の方法。   24. The method of claim 23, wherein the toroidal multilayer monochromator provides an incident angle range of about +/- 20 degrees. 上記モノクロメータと上記試料ホルダの間にコリメータが介在していない,請求項21のシステム。   The system of claim 21, wherein no collimator is interposed between the monochromator and the sample holder. 上記モノクロメータが,上記試料の周期構造に対して固定非ゼロ入射角およびゼロの方位角を備える中心軸を有する集光X線ビームを提供するように,上記試料ホルダに対して位置決めされている,請求項21のシステム。   The monochromator is positioned relative to the sample holder to provide a focused x-ray beam having a central axis with a fixed non-zero incidence angle and a zero azimuth angle with respect to the periodic structure of the sample. The system of claim 21. 上記モノクロメータが,上記試料の周期構造に対して固定非ゼロ入射角および非ゼロ方位角を備える中心軸を有する集光X線ビームを提供するように,上記試料ホルダに対して位置決めされている,請求項21のシステム。   The monochromator is positioned relative to the sample holder to provide a focused x-ray beam having a central axis with a fixed non-zero incidence angle and a non-zero azimuth angle relative to the periodic structure of the sample. The system of claim 21. 上記試料ホルダが,上記試料の上記周期構造に対して上記X線ビームの中心軸の方位角を変化するために回転自在である,請求項21のシステム。   23. The system of claim 21, wherein the sample holder is rotatable to change the azimuth angle of the central axis of the X-ray beam with respect to the periodic structure of the sample. 上記試料ホルダが,計測ごとに2以上の試料回転を可能にするユーセントリック回転を伴う直交動作を提供するために回転自在である,請求項21のシステム。   24. The system of claim 21, wherein the sample holder is rotatable to provide orthogonal motion with eucentric rotation that allows more than one sample rotation per measurement. 上記検出器が,複数の入射角および複数の方位角から散乱された散乱X線ビームの部分の散乱信号強度を同時にサンプリングする2次元検出器である,請求項21のシステム。   22. The system of claim 21, wherein the detector is a two-dimensional detector that simultaneously samples scattered signal intensities of portions of the scattered X-ray beam scattered from multiple incident angles and multiple azimuth angles. 上記2次元検出器に接続された処理装置をさらに備え,上記処理装置が,上記サンプリングされた散乱信号強度に対する散乱ソリューションのインバージョンによって上記周期構造の形状を推定するものである,
請求項30のシステム。
A processing device connected to the two-dimensional detector, wherein the processing device estimates the shape of the periodic structure by inversion of a scattering solution with respect to the sampled scattered signal intensity;
32. The system of claim 30.
上記モノクロメータが,ガラス基板上に堆積された,コバルト(Co)およびクロム(Cr)からなるグループから選択される金属(M)層とカーボン層(C)の交互層を備えている,請求項21のシステム。   The monochromator comprises alternating layers of metal (M) and carbon (C) layers selected from the group consisting of cobalt (Co) and chromium (Cr) deposited on a glass substrate. 21 systems.
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